JP2014034834A

JP2014034834A - 免震装置

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Publication number: JP2014034834A
Application number: JP2012177564A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sumiya; 務角谷
Original assignee: HANAMIZUKI BRIDGE PLANNING Inc
Current assignee: HANAMIZUKI BRIDGE PLANNING Inc
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: JP5475847B2

Abstract

【課題】レベル２地震動に対して、新設橋では建設コストを低減できるとともに橋脚の塑性化を低減でき、供用中の橋では耐震補強が可能となる免震装置を提供すること。
【解決手段】低降伏点鋼を使うと、他の材料を使ったものよりも格段に大きな減衰性能を有する免震装置を実現できる。
しかしながら、その免震装置を橋に使おうとすると、低降伏点鋼の大きい残留変形が妨げとなり、橋脚が弾性範囲内にあっても、地震前の位置に戻れなくなる。
そこで、低降伏点鋼の残留変形をキャンセルできるダンパー装置を、低降伏点鋼の変形方向に、低降伏点鋼に直列的に設けることで、橋脚が低降伏点鋼の残留変形に影響されず、地震前の位置に戻れるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、橋の上部構造と下部構造との間に位置させる免震装置に関する。

一般に、道路橋の設計指標は、「道路橋示方書（以下、単に「示方書」という）」により定められており、地震発生時にも耐えられる道路橋の耐震設計に関する設計指標は、示方書の「耐震設計編」に記載されている。そして、この示方書の「耐震設計編」に記載された設計指標に基づいて設計された道路橋は、同書で想定内の地震が発生した場合には、限定的な損傷の範囲内となる。

さて、昨年、２０１１年３月１１日に発生した東北地方太平洋沖地震は、それまで一般的に想定されていた震度（気象庁震度階級）及び規模を超えた大規模で強い地震であって、建物や道路橋などの多くの建造物に多大な被害を与えた。さらに、東北地方の太平洋沿岸を中心に大規模な津波が発生した。その結果、東北地方から関東地方にかけての東日本一帯には、地震と津波による甚大な被害がもたらされた（東日本大震災）。

示方書ではレベル２地震動として、タイプＩの地震動とタイプＩＩの地震動が規定されている。タイプＩの地震動は、発生頻度が低いプレート境界に生じる海洋性の大規模な地震を想定したものである。東北地方太平洋沖地震は、これに相当する。

示方書では、タイプＩの地震に対しては、例えば、鉄筋コンクリート橋脚では、ある程度の幅の水平ひび割れが生じるような損傷度に抑えるように規定し、構造物の終局状態に対して十分な安全性を確保するように規定されている。

さて、この示方書は、東北地方太平洋沖地震の発生を受けて、翌年（本年）の２０１２年３月に改訂された。そして、その改訂後の示方書によれば、例えば、レベル２地震動のうちタイプＩ地震動（すなわち、東北地方太平洋沖地震と同じタイプの地震による地震動）に対する設計震度が大幅に大きくなった。

具体的には、例えば、改訂後の示方書ではＩ種地盤（岩盤など）における固有周期１秒の橋梁の設計震度が約１．０に改訂された。一方、改訂前の仕様書では、固有周期１秒の橋梁の設計震度は０．７である。このように、改訂後の示方書では、その改訂前に比べて、耐震基準における設計震度が大幅に大きくなっている。

そして、示方書の改訂に伴い、新しく橋梁を設計する際の設計震度（設計条件）が大幅に大きくなったため、それに従って耐震性能が高い橋梁を設計・施工する必要があり、その結果、建設コストが大幅に増大するという事態が予想される。

一方で、旧示方書の耐震基準を満たしている橋梁や、旧示方書に基づいて耐震補強がなされた橋梁については、改訂後の示方書の設計震度を基準として考えると、大幅な耐力（強度）不足となり、したがって、今後、東北地方太平洋沖地震クラスの地震が発生すると、それらの橋梁は甚大な損傷を受ける可能性がある。

このような耐力不足の橋梁については、改訂後の示方書の設計震度に対応した耐震補強工事を適用することで、所要の耐力を確保することが可能である。この耐震補強工事の１つとしては、例えば、橋（橋梁）の上部構造（例えば、橋桁など）と下部構造（例えば、橋台や橋脚など）との間に免震装置を設置する工事がある。

そして、その免震装置としては、例えば、特許文献１に開示されたもののように、変位拘束装置として、減衰定数の大きな低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ストッパーが実用化されている。

このような従来装置は、低降伏点鋼が塑性変形する際の履歴エネルギーが大きく減衰定数が大きいことを利用しており、大きな地震動であっても揺れ（応答変位）を低減することができ、橋梁が破損する等の被害を免れることができる。
なお、このような免震装置は、耐震補強工事だけでなく、新しく設計・施工される橋梁についても利用することができる。

特許第３７５５８８６号公報

ところで、地震による慣性力が除去された後の橋梁の変位（残留変位）の許容値については、示方書では、おおむね橋脚高さの１／１００以内に収めている。
しかしながら、上記従来装置を免震装置として用いた場合、せん断パネルは、せん断変形が大きいとせん断座屈するので残留変位が大きくなる。したがって、せん断パネルの設計では、せん断変形を制限しているので、低降伏点鋼のエネルギー吸収能力を十分に発揮できていない。

この発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、低降伏点鋼を用いた免震装置の残留変形による橋脚等の残留変位が、所定の許容値内に収まるようにし、かつ、低降伏点鋼のエネルギー吸収能力を十分に発揮できる免震装置を提供することを目的とする。

この発明は、橋の上部構造と下部構造との間に位置させる免震装置であって、その変形方向が橋軸方向と平行にされた低降伏点鋼からなる塑性変形部材と、前記塑性変形部材の変形方向に、該塑性変形部材に直列的に設けたダンパー装置とを備え、前記ダンパー装置は、そのストローク可能範囲の中央位置を初期状態とすることを特徴とするものである。
また、前記ダンパー装置は、バネ、オイルダンパー、弾性ダンパー、粘性ダンパー、あるいは、粘弾性ダンパーのいずれか１つを衝撃吸収手段として用いたものである。

以上説明したように、本発明によれば、低降伏点鋼の残留変形をキャンセルできるダンパー装置を、低降伏点鋼の変形方向に、低降伏点鋼に直列的に設けたので、地震後、低降伏点鋼の残留変形に妨げられずに橋脚等が地震前の位置に戻ることができ、示方書の残留変位の規定を満足できる。そのため、低降伏点鋼のエネルギー吸収能力を十分に発揮することができ、レベル２地震動のように大きな地震力に起因する揺れを十分に軽減することができる。効果の詳細は、後述する。

図１は、本発明の一実施例（第１の実施例）にかかる橋梁の構成の概略を示す概略正面図である。図２（ａ）は、橋桁１を橋台３に取り付ける部分の取付構造Ａ（図１参照）をより詳細に示した部分概略断面正面図であり、図２（ｂ）は、オイルダンパー装置の構成の一例を説明するための概略断面図である。図３は、取付構造Ａ（図１参照）をより詳細に示した部分概略断面平面図である。ここに、１０は低降伏点鋼ユニットである。図４は、低降伏点鋼ユニット１０の他の例（１０’）を示した部分概略断面平面図である。図５（ａ），（ｂ）は、免震装置９の作用について説明するための部分概略断面正面図である。図６（ａ），（ｂ）は、免震装置９の作用について説明するための部分概略断面正面図である（図５の続き）。図７は、免震装置９の作用について説明するための部分概略断面正面図である（図６の続き）。図８（ａ），（ｂ）は、免震装置９の作用（別の態様）について説明するための部分概略断面正面図である。図９（ａ），（ｂ）は、免震装置９の作用（別の態様）について説明するための部分概略断面正面図である（図８の続き）。図１０は、免震装置９の作用（別の態様）について説明するための部分概略断面正面図である（図９の続き）。免震装置の水平力（水平荷重）と水平変位との関係を例示したグラフ（履歴曲線）である。図１２は、示方書（１９８０年）に基づいたもので、減衰定数毎の固有周期と絶対最大加速度応答スペクトル倍率の関係の一例を示したグラフである。図１３は、本発明の他の実施例（第２の実施例）にかかる橋梁の構成の概略を示す概略正面図である。図１４は、橋桁１を橋台３に取り付ける部分の取付構造Ｂ（図１３参照）をより詳細に示した部分概略断面正面図である。図１５は、図１３に示した実施例と同様の構成の免震装置を、橋台２，３だけでなく橋脚４，５の橋軸方向に沿った両側にも設けた実施例（第３の実施例）を示した概略正面図である。図１６は、本発明のさらに他の実施例（第４の実施例）の構成を示した概略正面図である。

以下、添付図面を参照しながら、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔実施例〕
図１は、本発明の一実施例にかかる橋梁（連続橋；単に「橋」ともいう。以下同じ）の構成の概略を示す概略正面図である。
図１において、橋梁の上部構造としての橋桁１は、その橋軸方向の端部が橋台２，３に取り付けられており、橋桁１の中央部は、所定の間隔を離して設けられた２つの橋脚４，５により支持されている。ここに、橋台２，３及び橋脚４，５が、この橋梁の下部構造を構成する。

また、橋桁１の端部の底面は、橋台２，３の上部平坦部（「沓座」という）２ａ，３ａに設けられた支承装置６，７により支持されており、橋桁１の端部の側部は、橋台２，３のパラペット２ｂ，３ｂとの間に設けられた免震装置８，９により橋台２，３に取り付けられている。

このように、本実施例では、免震装置８，９は、橋梁の上部構造としての橋桁１と、橋梁の下部構造としての橋台２，３のパラペット２ｂ，３ｂとの間に設けられている。
ここで、支承装置６，７としては、積層ゴム支承や免震ゴム支承などのアイソレーター、あるいは、鋼製支承（鋳物支承）などを用いることができる。

図２（ａ）は、橋桁１を橋台３に取り付ける部分の取付構造Ａ（図１参照）をより詳細に示した部分概略断面正面図で、図２（ｂ）は、オイルダンパー装置の構成の一例を説明するための概略断面図であり、図３は、取付構造Ａをより詳細に示した部分概略断面平面図である。ここで、図２（ａ）と図３は、本発明の一実施例にかかる免震装置９の概略構成を説明するために用いる。なお、免震装置８（図１参照）の取付構造は、免震装置９（図１参照）の取付構造Ａと同様の構成なので、その説明は省略する。

図２（ａ）において、橋桁１は、その最上部に設けた、人や車両等が通行する床版１ａと、その床版１ａの下部に、橋軸と直交する方向に適宜な間隔で構造材として設けた横桁（「中間横桁」という）１ｂと、床版１ａの橋軸方向の端部に位置する横桁として設けた端横桁１ｃとから形成されている。

図３において、免震装置９は、低降伏点鋼（または極低降伏点鋼）ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４と鋼材ＳＳ１，ＳＳ２とを組み合わせて構成した低降伏点鋼ユニット１０と、この低降伏点鋼ユニット１０に、橋軸方向と平行に直列的に設けられたダンパー装置としてのオイルダンパー装置１１，１２とから構成されていて、橋桁１の床版１ａの下に設けられた中間横桁１ｂと、橋台３のパラペット３ｂとの間に取り付けられている。

ここで、中間横桁１ｂは、橋桁１の構成要素であるので橋の上部構造の一部であり、橋台３のパラペット３ｂは橋の下部構造の一部であるので、免震装置９は、橋の上部構造と下部構造との間に設けられていることになる。
また、低降伏点鋼としては、例えば、ＬＹＰ２３５という鋼材を用いることができる。あるいは、極低降伏点鋼としては、例えば、ＬＹＰ１００という鋼材を用いることができる。

低降伏点鋼ユニット１０は、橋軸方向に平行に置かれた低降伏点鋼ＬＹ１と低降伏点鋼ＬＹ２との平行度を保つように、橋軸方向に直交する方向に置かれた鋼材ＳＳ１，ＳＳ２の両端部で低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２の側面を受け、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２と鋼材ＳＳ１，ＳＳ２とで略矩形を形成し、その略矩形の対向する各頂点を結ぶ補強用の筋交いとして、低降伏点鋼ＬＹ３，ＬＹ４を配置して構成される。なお、低降伏点鋼ユニット１０の強度が十分に確保できる場合には、筋交いとして設けた低降伏点鋼ＬＹ３，ＬＹ４を省略してもよい。

ここで、図２（ｂ）を参照して、本実施例でダンパー装置として用いるオイルダンパー装置１１（１２）について説明する。なお、オイルダンパー装置１２の各要素については、オイルダンパー装置１１の各要素と対応した符号を付して説明する。
オイルダンパー装置１１は、オイルが満たされたケース１１ｂの内部を仕切るピストン１１ｃと、このピストン１１ｃに往復方向の力を作用するロッド１１ａと、ピストン１１ｃをその厚さ方向に貫通する態様に穿設されたオリフィス（小孔）１１ｄからなる。
また、ピストン１１ｃがケース１１ｂ内を移動するストロークの中央に位置する状態が、オイルダンパー装置１１の初期状態である。また、オリフィス１１ｄにより、ピストン１１ｃで仕切られたケース１１ｂの左側の部屋１１ｅと右側の部屋１１ｆとが連通されている。

この状態から、例えば、ロッド１１ａを左方向に押し込むと、ピストン１１ｃで仕切られたケース１１ｂの左側の部屋１１ｅの油圧が上がり、減衰力としてピストン１１ｃに作用する。また、部屋１１ｅを満たしているオイルがオリフィス１１ｄを介して反対側の部屋１１ｆに流入する。

図３において、オイルダンパー装置１１，１２のケース１１ｂ，１２ｂは、橋桁１の床版１ａの下に、橋軸方向と直交する方向に設けられた中間横桁１ｂに、取付部材１３，１４を介してそれぞれ取り付けられている。そして、オイルダンパー装置１１，１２のロッド１１ａ，１２ａの先端は、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２の端部にそれぞれ固定されている。ここで、図示のように、ロッド１１ａ，１２ａがそのストロークの略中央位置（すなわち、ストローク可能範囲の中央位置）で静止している状態が、この免震装置９の初期状態である。

また、図２（ａ）において、橋桁１の床版１ａの下で橋軸方向の端部には、橋軸と直交する方向に端横桁１ｃが設けられており、その端横桁１ｃのうち、パラペット３ｂ側に設けられた端横桁１ｃには、低降伏点鋼ユニット１０を通すための貫通孔１ｃａが設けられていて、免震装置９は、この貫通孔１ｃａを通して、横桁１ｂとパラペット３ｂとの間に取り付けられている。

ここで、免震装置９のパラペット３ｂへの取付態様について説明すると、オイルダンパー装置１１，１２のロッド１１ａ，１２ａが取り付けられている端部とは反対側の端部で、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２が、取付部材１６，１７によりパラペット３ｂに取り付けられることで、免震装置９がパラペット３ｂに取り付けられている。

図４は、低降伏点鋼ユニット１０の他の例（１０’）を示している。なお、図４において、図３と同一部分及び相当する部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
この低降伏点鋼ユニット１０’は、鋼材ＳＳ１の略中央と、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２のパラペット３ｂ側の端部とをそれぞれ結ぶ直線に沿って設けた補強用の低降伏点鋼ＬＹ５，ＬＹ６を備えている。

ここで、低降伏点鋼ユニット１０，１０’は、地震動により橋桁１が橋軸方向に往復振動する揺れを抑制するように作用するので（後述）、低降伏点鋼ユニット１０，１０’に作用する力の方向は図３，４の左右方向であり、その方向に低降伏点鋼ユニット１０，１０’の構造を強化するように、補強用の低降伏点鋼ＬＹ３，ＬＹ４，ＬＹ５，ＬＹ６が配置されている。

以上の構成で、免震装置９の作用について説明する。
まず、免震装置９の初期状態は、図５（ａ）に示すような状態であり、この状態で、橋に地震動が作用していない場合、例えば、橋桁１の上を通行する車両や人、あるいは、この橋に作用する風などにより引き起こされる橋軸方向の振動のうち、揺れ（振動）が最も大きくなるこの橋の固有周期に一致する振動（「共振振動」という）は、免震装置９のオイルダンパー装置１１，１２や支承装置６，７などによりその振動エネルギーの一部が吸収される。したがって、免震装置９は、この橋を使用する際の妨げとはならない。

次に、レベル２地震動よりも小さいレベル１地震動がこの橋に作用した場合は、地震動に起因する応答変位は、ダンパー装置１１，１２のピストン１１ｃ，１２ｃの移動可能範囲より小さいので、免震装置９のオイルダンパー装置１１，１２や支承装置６，７などにより、振動エネルギーが吸収される。したがって、免震装置９は、レベル１地震動による振動の妨げにはならない。

さて、レベル２地震動のような大きな地震動がこの橋に作用した場合について次に説明する。
まず、この橋に作用した地震動のうち、揺れ（振幅）が最も大きくなるこの橋の固有周期に一致する地震動（共振振動）の慣性力により、図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）に示すように、橋桁１が右方向に移動した場合、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａが本体内を左方向に移動するとともに、支承装置７が変形する（支承装置７が積層ゴム支承や免震ゴム支承の場合）。

ここで、地震動発生直後に発生した衝撃的な慣性力は、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａがケース１１ｂ内でゆっくりと移動することから、緩衝され（オイルダンパー装置１１の機能）、低降伏点鋼ユニット１０に直接的には伝わらない。したがって、地震動発生直後に発生した衝撃的な慣性力により、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４が変形するようなことはない。

そして、このように橋桁１が右方向に移動し、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａが左方向のストロークエンドまで移動した状態（図６（ａ）参照）から、さらに、橋桁１を右方向に移動する慣性力が作用すると、それ以降は、その慣性力により、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４が圧縮方向に変形するから、地震動による慣性力のエネルギーは、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４の変形の際の履歴エネルギー（後述）として消費され、熱エネルギーに転換される。
ここで、このときこの橋に作用した地震動により、橋桁１が最も右方向に移動しようとした際に、橋軸方向に変位量ＬＡだけ低降伏点鋼ＬＹ１が変位（圧縮）したとする（図６（ｂ）参照）。

そして、地震が終了して、この橋に作用した地震動の慣性力が除去されると、この橋は弾性挙動するので、地震動が作用される前の状態に復帰しようとする。このとき、図７に示すように、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１は、圧縮方向に変位量ＬＡだけ変形した状態のままであり、したがって、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａは、図５（ａ）と比べて明らかなように図の右方向に変位量ＬＡだけ移動した状態まで復帰する。すなわち、低降伏点鋼ユニット１０の変形は、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａの移動により解消されることとなる。

次に、この橋に作用した地震動のうち、揺れ（振幅）が最も大きくなるこの橋の固有周期に一致する地震動（共振振動）の慣性力により、図８（ａ）の状態から、図８（ｂ）に示すように、橋桁１が左方向に移動した場合、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａがケース１１ｂ内を右方向に移動するとともに、支承装置７が変形する（支承装置７が積層ゴム支承や免震ゴム支承の場合）。

ここで、地震動発生直後に発生した衝撃的な慣性力は、上述と同様にして、オイルダンパー装置１１により緩衝され、低降伏点鋼ユニット１０に直接的には伝わらないから、地震動発生直後に発生した衝撃的な慣性力により、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４が変形するようなことはない。

そして、このように橋桁１が左方向に移動し、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａが右方向のストロークエンドまで移動した状態（図９（ａ）参照）から、さらに、橋桁１を左方向に移動する慣性力が作用すると、それ以降は、その慣性力により、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４が伸長方向に変形するから、地震動による慣性力のエネルギーは、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４の変形の際の履歴エネルギーとして消費され、熱エネルギーに転換される。
ここで、このときにこの橋に作用した地震動により、橋桁１が最も左方向に移動しようとした際に、橋軸方向に変位量ＬＢだけ低降伏点鋼ＬＹ１が変位（伸長）したとする（図９（ｂ）参照）。

そして、地震が終了して、この橋に作用した地震動の慣性力が除去されると、この橋は弾性挙動するので、地震動が作用される前の状態に復帰しようとする。このとき、図１０に示すように、低降伏点鋼ユニット１０の低降伏点鋼ＬＹ１は、伸長方向に変位量ＬＢだけ変形した状態のままであり、したがって、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａが図の左方向に変位量ＬＢだけ移動した状態まで復帰する。すなわち、低降伏点鋼ユニット１０の変形は、オイルダンパー装置１１のロッド１１ａの移動により解消されることとなる。

このように、地震発生前後で免震装置９の橋軸方向の寸法は変わらず、そのため、例えば、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４が塑性変形しても、橋脚が地震発生前の位置に戻ることを妨げないので、橋脚は地震発生前の位置に戻る。また、オイルダンパー装置１１，１２が低降伏点鋼ユニット１０の残留変位を解消できるようにするためには、オイルダンパー装置１１，１２のストローク長さは、低降伏点鋼ユニット１０の変形幅の２倍以上に設定することが好ましい。また、免震装置９の初期状態では、オイルダンパー装置１１，１２のピストン１１ｃ，１２ｃが、ケース１１ｂ，１２ｂ内で移動する移動範囲（ストローク可能範囲）の中央位置に位置するように設定されるので、地震動の最も大きい慣性力が左右のいずれの方向に作用した場合でも、適切に低降伏点鋼ユニット１０の変形を解消することができる。

さて、免震装置９で用いている低降伏点鋼（ＬＹ１〜ＬＹ４）の等価減衰定数は、道路橋示方書「耐震設計編」の式（９．３．４）を参照すると、静的な復元力特性より次の式（Ｉ）であらわされる。なお、式（Ｉ）の導出については、示方書の該当箇所に詳細に記載されているので、そちらを参照のこと。なお、式（Ｉ）の説明で参照する図１１は、低降伏点鋼に水平力が作用した際の、低降伏点鋼の変位と、水平力の大きさ（荷重）との関係を示した履歴曲線である。そして、低降伏点鋼が消費する履歴エネルギーは、この履歴曲線で囲まれた部分の面積に対応した大きさとなる。

ここに、
ｈ_B：低降伏点鋼の等価減衰定数
Ｗ：低降伏点鋼の弾性エネルギーで、図１１に破線で示す２つの三角形の面積の総和（ｋＮ・ｍ）
ΔＷ：低降伏点鋼が吸収するエネルギーの合計で、図１１に示す水平変位と水平荷重との関係を表す履歴曲線ＨＬの面積（ｋＮ・ｍ）

ここで、図１１から、
（ΔＷ／Ｗ）≒３．５
であるので、式（Ｉ）より、
ｈ_B＝０．５５７
となり、低降伏点鋼（ＬＹ１〜ＬＹ４）を用いる免震装置９を使うことで、等価減衰定数を約５６％にすることができ、地震動による振動エネルギーを大幅に吸収できるので、地震動による慣性力を１／２以下にすることができる。

ところで、構造物の絶対加速度応答の地震動の最大加速度に対する比を加速度応答スペクトル倍率といい、加速度応答スペクトル倍率がより小さければ、地震動による橋梁の振動の振幅もより小さいという関係がある。そして、減衰定数（等価減衰定数ｈ_B）が大きくなるほど加速度応答スペクトル倍率は小さくなり、地震動による構造物の振幅が小さくなる。
そこで、免震装置９による地震動の振幅の低減の効果について、加速度応答スペクトル倍率の観点から考えてみる。例えば、示方書（１９８０年）に基づき、減衰定数ｈ毎の絶対最大加速度応答スペクトル倍率βと固有周期Ｔ（秒）の関係の一例をグラフ（図１２参照）にすると、ｈ＝０．４の場合、固有周期１秒での応答スペクトル倍率βの値は約０．３である。この免震装置９で用いる低降伏点鋼（ＬＹ１〜ＬＹ４）では、ｈ_B＝０．５５７なので、応答スペクトル倍率βの値はより小さくなるものと評価することができる（例えば、０．２程度）。したがって、免震装置９を用いることにより、地震動による橋桁１の揺れが非常に小さくなると予想できる。

このように、免震装置９を用いることで、低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４の作用により、地震動による橋桁、橋脚及び支承の揺れ幅を小さくすることができるので、橋脚及び支承は弾性範囲内での振動が可能となる。
地震動終了後に残る免震装置９に用いた低降伏点鋼ＬＹ１，ＬＹ２，ＬＹ３，ＬＹ４の残留変形はオイルダンパー装置１１，１２により解消できるので、弾性範囲内にある橋脚及び支承は地震発生前の状態に戻る。つまり、残留変位は発生しない。
その結果、地震発生時、地震動が始まってから収束するまでの間や地震動が収束した後であっても、適切に橋を利用することができ、橋の可用性を高めることができる。
また、図１に示した実施例の場合は、免震装置８，９の大部分が橋桁１の内部に収容されているので、耐久性及び景観性にも優れている。

図１３は、本発明の他の実施例にかかる橋の概略を示す概略正面図である。なお、図１３において、図１と同一部分及び相当する部分には、同一符号を付して、説明は省略する。

図１３において、免震装置８，９は、橋台２，３の柱部と、橋桁１の底面に設けた取付部２１，２２との間に設けられている。
このように、この実施例の場合も、免震装置８，９は、橋梁の上部構造としての橋桁１に設けた取付部２１，２２と、橋梁の下部構造としての橋台２，３の柱部との間に設けられている。

図１４は、橋桁１を橋台３に取り付ける部分の取付構造Ｂ（図１３参照）をより詳細に示した部分概略断面正面図である。なお、免震装置８の取付構造は、免震装置９の取付構造Ｂと同様の構成なので、その説明は省略する。

図１４において、免震装置９のオイルダンパー装置１１側の端部は、橋桁１の底面に設けた取付部２２に取付部材２５を介して取り付けられ、免震装置９の低降伏点鋼ユニット１０側の端部は、橋台３の柱部に設けた取付部材２６を介して、橋台３の柱部に取り付けられている。
この実施例の免震装置８，９の作用は、上述した実施例と同様なので、その説明は省略する。

この実施例（第２の実施例）では、免震装置８，９が橋桁１の外部に設けられるので、図１に示した実施例（第１の実施例）に比べて、免震装置８，９の交換や補修点検の作業を行いやすく、メンテナンス性が良好である。
例えば、レベル２地震動の収束後に、上述したように残留変位で変形している免震装置８，９の低降伏点鋼ユニット１０を交換する作業を行う場合に、作業性が良好である。また、オイルダンパー装置１１，１２にオイルの経年変化（劣化）を生じ、定期的に交換する必要がある場合に、そのオイルダンパー装置１１，１２又はオイルダンパー装置１１，１２に使用しているオイルの交換や補充作業を行う際の作業性が良好である。
また、耐震補強工事として施工する場合、橋桁１の底面に取付部を追加することで、免震装置を橋台に取り付けることができるので、耐震補強工事の内容が簡素であり、工期が短くてすむ。

図１５は、図１３に示した実施例と同様の構成の免震装置を、橋台２，３だけでなく橋脚４，５の橋軸方向に沿った両側にも設けた実施例（第３の実施例）を示している。
この実施例において、橋台２，３及び橋脚４，５の上端部には、アイソレーター（積層ゴム支承又は免震支承）ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４がおのおの設けられており、そのアイソレーターＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４を介して、橋桁１は、橋台２，３及び橋脚４，５に支持されている。

そして、橋桁１の底面には、橋軸方向に沿って、橋台２の右側、橋脚４の左側と右側、橋脚５の左側と右側、及び、橋台３の左側に、それぞれ取付部ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５，ＢＬ６が設けられており、橋台２の柱部と取付部ＢＬ１との間には免震装置ＭＭ１が、橋脚４の左側面と取付部ＢＬ２との間には免震装置ＭＭ２が、橋脚４の右側面と取付部ＢＬ３との間には免震装置ＭＭ３が、橋脚５の左側面と取付部ＢＬ４との間には免震装置ＭＭ４が、橋脚５の右側面と取付部ＢＬ５との間には免震装置ＭＭ５が、橋台３の柱部と取付部ＢＬ６との間には免震装置ＭＭ６が、おのおの設けられている。
ここで、免震装置ＭＭ１〜ＭＭ６は、免震装置８，９と同様の構成を有するものであり、それらの説明については省略する。

このように、この実施例では、橋脚４，５にも、橋桁１との間に免震装置を設けているので、より免震効果を大きくすることができる。

図１６は、本発明のさらに他の実施例（第４の実施例）の構成を示している。この実施例では、図１５に示した実施例におけるアイソレータＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４を、それぞれ鋼製支承（鋳物支承）からなる固定支承ＳＴ、及び、可動支承ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３に変えた構成を備えている。なお、図１６において、図１５に示した実施例と同一及び同様の構成要素については、同一符号を付して、説明は省略する。

この実施例も、図１５に示した実施例と同様に、橋脚４，５にも、橋桁１との間に免震装置を設けているので、より免震効果を大きくすることができる。

ところで、上述した各実施例では、ダンパー装置として、オイルダンパー装置１１，１２を用いているが、それ以外に、バネ、弾性ダンパー、粘性ダンパー、あるいは、粘弾性ダンパーを用いることができる。
また、示方書では、高橋脚橋梁については、効果を見込めないために免震支承を用いないこととされているが、本発明にかかる免震装置は、大きな免震効果を有するので、このような高橋脚橋梁についても、適用することができる。そして、図１，１３，１ｃ，１６に示した各実施例は、いずれも高橋脚橋梁に本発明にかかる免震装置を適用したものである。なお、高橋脚橋梁以外の橋梁についても、当然のことながら、本発明にかかる免震装置を適用することができる。

以上説明したように、本発明にかかる免震装置（以下、「本装置」という）を橋（橋梁）に適用すると、以下のようなメリットがある。
（１）道路橋示方書では、レベル２地震動に対しては、橋脚の塑性化を許すことにより、地震動のエネルギーを吸収することになっている。そのため、橋脚の塑性化による損傷は免れない。そこで、本装置を用いると、地震動のエネルギー吸収は本装置で行われるため、橋脚の塑性化領域をなくし、弾性状態に保つことができる。または、塑性化領域を極めて小さくできる。
（２）本装置を用いると道路橋示方書で規定された許容塑性率に余裕ができるため、同示方書で想定したよりも大きい想定外の地震動に対しても保有耐力を有する。
また、本装置を用いて許容塑性率を許容値まで使うと、橋脚断面を小さくできるので、経済的な橋梁設計を行うことができる。
（３）従来この種の減衰装置は、残留変形が大きいため、地震動終了後の構造物の残留変位が大きく、構造物の機能性に問題が生じ、適用されなかった。例えば、道路橋示方書では残留変位は概ね橋脚高さの１／１００以内とされている。本装置では弾性ダンパー（オイルダンパー装置）を併用することで、構造物の復元力を利用して、残留変位を極めて小さくできる。
（４）弾性ダンパーにはオイルダンパーや粘性ダンパー等があるが、劣化等の耐久性に問題があり、定期的に維持管理が必要なため、あまり適用されなかった。本装置では弾性ダンパーは主として地震動の作用直後の衝撃吸収と低降伏点鋼の残留変形吸収に用いられるため、弾性ダンパーの劣化は本装置の減衰特性に影響を及ぼさない。
（５）本装置を既設の橋梁の耐震補強に使用する場合は、橋梁に作用する地震動による慣性力を半分以下にできるため、橋脚の補強や基礎の補強が著しく低減できる。
（６）レベル２クラスの地震の発生後、橋梁本体は軽微な損傷なので、即時供用可能である。後日、本装置の低降伏点鋼の残留変形が大きい場合はそれを取り換えるだけで済む。
（７）平成２４年７月１９日付け、読売新聞の朝刊の記事にて、緊急輸送道路では道路橋の耐震補強が十分には進んでいないことが報道された。本装置を適用すれば、この緊急輸送道路について、新道路橋示方書を満足する耐震補強が可能である。

本発明にかかる免震装置は、基礎と構造物との間に設けることができるのであれば、橋梁以外の構造物にも適用することが可能である。

１橋桁
１ｃ端横桁
２，３橋台
２ｂ，３ｂパラペット
４，５橋脚
６，７アイソレータ
８，９，ＭＭ１〜ＭＭ６免震装置
１０低降伏点鋼ユニット
１１，１２オイルダンパー装置
１１ａ，１２ａロッド
１１ｂ、１２ｂケース
１３，１４，１６，１７取付部材
２１，２２，ＢＬ１〜ＢＬ５取付部
ＳＴ固定支承
ＭＶ１〜ＭＶ３可動支承

Claims

橋の上部構造と下部構造との間に位置させる免震装置であって、
その変形方向が橋軸方向と平行にされた低降伏点鋼からなる塑性変形部材と、
前記塑性変形部材の変形方向に、該塑性変形部材に直列的に設けたダンパー装置とを備え、
前記ダンパー装置は、そのストローク可能範囲の中央位置を初期状態とすることを特徴とする免震装置。
前記ダンパー装置は、バネ、オイルダンパー、弾性ダンパー、粘性ダンパー、あるいは、粘弾性ダンパーのいずれか１つを衝撃吸収手段として用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。